摘要利用激光二极管(LD)直接抽运稀土离子或过渡金属离子的方式产生中红外激光可以大幅度降低系统的复杂程度，提高效率。而找到合适的基质材料和离子能级结构是实现LD 直接抽运产生中红外激光的关键。总结了相关研究进展和发展方向，主要包括高功率、高效率、激光二极管直接抽运的过渡金属离子掺杂II-VI 族材料激光器和稀土离子掺杂晶体、玻璃、光纤、陶瓷等材料的固态激光器，这些激光器的输出涵盖了2~5 μm 波段，具有结构简单、成本低等优点。其中过渡金属离子掺杂II-VI 族化合物，如Cr:ZnSe/ZnS，具有吸收和发射截面大、室温量子效率高、激发态吸收小等优点；而稀土离子掺杂材料，如Er3+/Tm3+/Ho3+:玻璃，具有能级丰富，可多波长抽运获得多波长发光等优点。通过对稀土离子在不同基质材料中晶格场结构能级调控有望实现波长可控的中红外激光输出。
关键词激光器; 中红外固体激光器; 过渡金属离子; 稀土离子; II-VI 族材料
1 引言
2~5 μm 波段对大气有着良好的透射率，被称为“大气窗口区”；同时在该波段内很多生物分子都有特征吸收，因而被称为“分子指纹区”；这使得2~5 μm 波段激光在军用和民用方面都显示出了巨大的潜力。军事领域的应用如激光制导、红外对抗、保密空间通信和卫星通讯等；民用如遥感探测、有毒气体(CO，CH4，HBr等)的痕量检测、精密光谱分析等。
在环境和大气科学研究方面，由于多种分子，例如CO2、CH4 和O2 等气体分子的主要吸收峰一般处于红外和中红外波段，以红外乃至中红外波段高功率可调谐超短脉冲激光作为非线性激光雷达也已成为目前相应学科研究的热点和前沿。例如，近3 μm 波段正好包含了大气的主要成分CO2、H2O、CO、N2O 等的吸收峰，使其可以应用于大气环境监测[1]。例如对于正面临的全球气候变暖，可以通过对大气中CO2 的检测了解具体的温室气体分布状况。与此同时也可以利用对CO2、H2O 的观测来分析气象变化、大气云图等。由于近3 μm 波段对这些大气成分所具有的识别频率，可以以此获得更精准的大气动态信息，并且相比于传统的探测方式，激光探测更为便捷简单[2]。
同样，在生物医疗方面，2~5 μm 中红外激光也越来越重要。例如，在过去的十几年间，有越来越多对于表现生命体征气体的研究，尤其是由人体排放易挥发的标识疾病的气体格外引人关注，对呼吸排放气体的定量分析提供给人体健康状况的重要信息，因为对呼吸气体的测量不会侵犯身体，对呼吸的取样和分析对比于通过血样对新陈代谢的测量更加具有优势，目前的呼吸测试包括分析氮氧化物(用于诊断呼吸道发炎)和分析CO2(用于识别是否被大肠杆菌所感染)。考虑到吸收峰，可以用近3 μm 的激光器采用光谱分析的方法来诊断，这种激光光谱分析呼吸的方式最主要的优点是能在线测量，在线测量不用像离线测量那样需要收集呼吸气体，而是实时测量呼吸排放的气体即可。在线测量可以避免测量样品在收集时的污染，并且能够实时地提供反馈信息实现高效率。此外，在快速的在线测量时可以获得不同呼吸阶段的浓度信息。另外，如正在使用的钬激光，由于H2O 对该波段的强吸收，近3 μm 波段可以用于人体的组织切割和缝合手术，相比于传统的手术刀，激光手术的精度更高，可将光仅仅聚焦于癌细胞而不伤害其他正常细胞[2]。
更为重要的是在阿秒科学和强场高次谐波研究这一目前国际上最新最前沿的科学研究领域，由于较长波长的激光驱动脉冲有更高的有质动力势，可以驱动产生更高能量的光子，因此利用较长波长的红外乃至中红外超短超强激光脉冲与物质相互作用，可以拓展产生高次谐波(HHG)的截止频率，产生更高能量和更短波长的紫外甚至X 射线波段光子，在水窗口波段X 射线激光乃至更短波长激光等前沿研究领域具有重要意义[3]。同时考虑到由于激光驱动脉冲波长的增加，导致渡越时间的增加，由于电子波包的量子散射机制而降低高次谐波的产生效率，因此2~3 μm 的中红外高功率超短脉冲激光被认为是与物质相互作用，产生宽带高能X 波段高次谐波的理想光源，也是进一步获得单个紫外和X 波段阿秒脉冲激光光源的理想驱动源，在阿秒物理研究和产生“水窗”波段X 射线相干辐射等前沿应用研究中具有极其重要的研究意义[4]。
目前实现2~5 μm 中红外固体激光的主要方式有以下几种。
1) 频率转换: 采用差频(DFG)、光学参量振荡(OPO)、光学参量放大(OPA)技术通过频率转换将短波调谐到中红外波长，例如采用ZnGeP2或AgGaSe2等红外晶体通过非线性频率变换技术实现；
2) 锑基异质结激光器：采用InGaAsSb、InAs/(In)GaSb 等锑化物材料直接制作中红外波段的半导体激光器；
3) 量子级联技术：通过设计的量子阱导带激发态子能级电子共振跃迁到基态释放能量，并利用所发射光子的隧穿传递实现中红外波段激光的输出；
4) 稀土离子(RE3+)掺杂的低声子能量光纤玻璃或晶体：如Tm3+、Ho3+、Er3+掺杂的晶体或光纤等；
5) 过渡金属离子掺杂的II-VI 材料，例如Cr、Co、Fe 掺杂的ZnS，ZnSe 陶瓷。
以上方法均存在着一系列问题，比如频率转换不可避免地存在着系统复杂、能量损耗等问题；锑基异质结激光器在波长大于2 μm 时效率降低；量子级联技术本身技术难度大、设备复杂；稀土离子掺杂材料的激光波长较为单一，且调谐范围窄。过渡金属离子掺杂的II-VI 材料目前效率还较低，输出功率较小。然而，依靠离子(稀土离子和过渡金属离子)能级跃迁产生中红外激光的方式由于可以实现半导体激光器(LD)直接抽运，将大幅度降低系统的复杂程度，提高效率，一直是各国科学家研究的热点。过渡金属离子掺杂的II-VI材料发射波长涵盖整个2~5 μm 中红外波段，具有宽吸收发射带宽，低声子能量，弱电-声耦合作用和低无辐射跃迁，有望突破目前钛宝石超快激光和中红外激光需要倍频(SHG)、光学参量放大(OPA)等非线性方法而造成系统繁杂的“瓶颈”，实现LD 直接抽运的超快中红外激光输出。但目前高质量材料的设计与获得是过渡金属离子掺杂的II-VI 材料面临的主要问题。稀土离子(Er3+、Tm3+、Ho3+、Dy3+等)掺杂的玻璃、晶体、光纤在中红外波段具有丰富的激光通道，可以实现多波长输出。目前稀土离子在中红外激光应用中面临的主要问题是：1) 激光通道一般位于RE3+的两个激发态之间，尽管属于四能级机制，但大多数是自终止的，即激光下能级寿命远长于上能级。因此，大多数3~5 μm 激光必须在短脉冲抽运条件下才能运转，否则将形成激光下能级阻塞；2) 3~5 μm 激光通道的荧光分支比一般较小(小于10%)；3) 缺少理想的基质晶体；4) 发光波长相对较少，不能实现全部中红外波长的全覆盖。因此针对LD 直接抽运产生中红外激光的需求设计、调控、制备合适的中红外固体激光材料是目前急需解决的关键，将大大推动2~5 μm 中红外激光的快速发展。
表1 列出了几种不同稀土离子和过渡金属离子掺杂基质的光谱参数，可以看出如Cr2+、Fe2+、Ti2+等过渡金属离子的吸收和发射带宽都在数百到数千纳米尺度，而Er3+和Ho3+等稀土离子的吸收和发射带宽仅为数个纳米尺度[6-14]。利用过渡金属离子的光谱宽带宽有望实现超快激光输出。本文主要聚焦在过渡金属离子和稀土离子掺杂的低声子能量激光晶体、陶瓷和玻璃等增益介质上。
2 中红外发光离子跃迁机理
发光是物质在热辐射之外以光的形式发射出多余的能量，因此任何物质的发光过程都将伴随着物质内部的能量转移变化，即当原子从高能态跃迁至低能态并以光辐射的形式释放能量时，物质即发光。发光的材料一般由基质材料和发光激活离子组成，有时一些发光材料内还同时具有改善发光性能的敏化离子。发光的基质材料可以是气体、液体、固体(晶体、玻璃、高分子等)材料，发光的激活离子则可以是各种可能产生发光的离子，如过渡金属离子或稀土离子等。过渡金属离子和稀土离子由于含有不饱和的电子层(d 层和f层)，因此在近紫外至中红外光谱区域有吸收带。早期掺过渡元素的玻璃主要用作颜色玻璃和滤光玻璃，而0 世纪60 年代后由于掺入稀土离子的玻璃能发光至产生激光，因此作为激光介质材料而得到广泛的研究和快速的发展。
2.1 稀土离子
稀土离子具有独特的4f 电子结构，而4f 电子层受外层5s2 和5p6 电子层的屏蔽而受配位场影响较小，在玻璃中仍保持与自由离子基本相同的类线性光谱，因此稀土离子有别于其他发光激活离子而广泛应用于新型光功能玻璃的激活离子和敏化离子。
在元素周期表中，稀土元素主要包含15 种镧系元素，分别从原子序数为57 的镧(La)到原子序数为71 的镥(Lu)，加上位于IIIB 族元素原子序数为21 的钪(Sc)及原子序数为39 的钇(Y)。由于Sc 的化学性质与其他16 个元素的化学性质差别较大，所以通常所说的稀土元素指除Sc 以外的16 个元素[15-17]。稀土离子具有多重激发态能级，表现出丰富的可跃迁的电子能级和长寿命的激发态电子能级，因此可产生紫外-可见-红外很宽的光谱范围内的吸收和辐射[18-20]。因此稀土离子的光学性质有别于其他发光离子，在基质材料中仍然保
持与自由离子(原子)基本相同的类线性光谱特性，因而被广泛地作为激活离子和敏化离子。
稀土离子具有独特的4f 电子层，受外层的5s2和5p6满电子层屏蔽，受外界电场、磁场及配位场等的影响小，使得稀土离子具有复杂的类线性光谱。因此研究玻璃中稀土离子的发光性质，主要是研究稀土离子内4f 电子层的能级特征和运动状态。稀土离子在固体中通常以三价形式存在，在可见光或红外光区域所观察到的跃迁属于4fn 组态内的跃迁。镧系元素的原子的电子组态有两种：[Xe]4fn6s2 和[Xe]4fn- 15d16s2，n=1，2，3，…，14(其中[Xe]：1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p6)，而三价镧系离子的电子组态为：[Xe]4fn- 15s25p66s0。由于全空、全满和半满的电子轨道状态比较稳定，因此Gd3+、La3+和Lu3+的基态电子组态比较稳定，难以发生f-f 电子受激跃迁而获得荧光。具有4f1-13 组态的稀土离子4f 电子层结构不稳定，电子可在7 个4f 轨道上分布，具有丰富的电子能级从而可产生多种波长的发射光谱[21-24]。
稀土离子的光谱是由一系列波长确定的线光谱组成，与离子所处的能级相对应。离子能级间跃迁产生 的每一条谱线对应不同能级跃迁产生的光子能量、波长和波数。每个能级可用原子的量子数L、S 和J 表示为光谱项2S+1L、光谱支项2S+1LJ 及微观状态等符号表示。在玻璃中，稀土离子的能级分裂大部分属于斯塔克分裂，能级分裂的数量取决于局域电场的数量，即在玻璃中的位置。图2 为Er3+离子的4f11 电子组态的部分能级分裂情况示意图。
尽管在不同基质中稀土离子4fn-1组态的能级位置会因局域环境的不同而有所差别，但这种差别通常仅为几百个波数以内。图3 为部分常用稀土离子4fn 组态的能级图，图中的能级位置由吸收光谱获得[20,23]。基态能级设为0，各能级所示能量为该能级和基态能级之间的能级差，单位为波数(cm-1)，如Er3+离子4I13/2能级为6600 cm-1。从图3 中可以看出，除Ce、Gd 和Yb 离子外的稀土离子均具有丰富的能级结构，且大多数稀土离子都可获得多波长的发光。目前已报道的获得中红外发光的稀土离子有：Er3+(2.7 μm 和3.45 μm )、Tm3
3 中红外激光增益介质的现状和发展趋势
1958 年，由Schawlow 等[100]提出了第一篇讨论有关红外固体激光器技术可行性的文章。晶体激光器在激光历史上扮演了重要的角色，特别是中红外激光器。事实上，自从1960 年Maiman 等[101-102]提出的世界上第一台红宝石激光器诞生(Cr3+ :Al2O3)开始，铬离子掺杂蓝宝石基质材料已经在激光设备中扮演了一个关键角色。固体激光技术便得到极速发展。激光技术的发展促使了激光材料被大量地研究，许多固体激光材料被相继研发出来。具有讽刺意味的是，第一篇投稿到Physical Review Letters 题为“红宝石激光器”的文章被拒绝了，但最后却成功发表在Nature 上[101]。其中，最具代表性的固体激光器为钛蓝宝石激光器(Ti3+:Al2O3或Ti:S)，特色为其可调性带宽超过中心波长的一半。钛宝石激光器打开了在科学研究、感测和医疗应用上可调和超短激光的新领域。当前，Ti:S 是最广泛使用的可调固态激光器。
1962 年，Kiss 等[103]成功研制出另一个中红外系统，镝掺杂氟化钙晶体，输出2.36 μm 激光。这种激光器经由氙灯抽运，可以实现脉冲和连续波模式运转[103-104]。白光光源也被用来抽运在氦气冷却下的镝掺杂氟化钙晶体[105]。这种材料的另一个有趣的特点是随着激光输出运转，Dy2+离子的价态转变为Dy3+离子，缓慢减少活性离子Dy2+的浓度。除了这种负面效应外，目前这是唯一对于2.3 μm 水窗口波长范围内的激光可操作方法，具有引人注目的应用。
中红外激光材料的激活离子可分为4 组：过渡金属(如Ni2+、Co2+、Cr2+)，二价和三价镧系元素(Tm3+、Dy3+、Er3+、Ho3+ )，锕系元素(U3+ )，F-centers。为了扩大离子的吸收抽运带宽，提高激光效率，Voron′ko 等[106]建议使用一种新的基质，一个混合无序系统(固溶体)。这个概念进一步成功地用于开发可调和超短脉冲激光。这种方法使得从一个窄带的稀土产生离子飞秒脉冲成为可能[107]。
第一个可调连续波固体激光器是基于二价3d 过渡金属离子。在1963 年贝尔实验室Johnson 等[108]演示了氟化物基质中镍和钴离子的激光运转情况。闪光灯抽运Ni2+ :MgF2 基质，激光运转约在1.6 μm 。一年后同一作者团队完成了Co2 + :MgF2 和Co2 + :ZnF2 在波长范围1.75 μm 和2.16 μm 的激光输出[109]。同时，Ni2 +和Co2 +离子的激光输出在其他基质中也有报导[100- 101]。然而，所有这些介质的缺点都是具有低的效发射截面。同时Ni2+掺杂晶体存在激发态吸收，而解决方法是需要冷却晶体来增加上激光能级寿命。因此，为了激光输出，所有的这些激光都需要低温冷却。这在一定程度上阻碍了这些激光器的商业发展。激光抽运的出现允许抽运能量聚焦注入激光增益介质，对于低发射截面能部分补偿。使用激光抽运在Co2+，Ni2+掺杂MgF2中已实现连续激光输出[112-113]，之后又实现了室温下运转。
产生中红外激光的另一种重要的激活离子是Tm3+、Ho3+和Er3+等稀土离子，发射的中红外激光光谱区域在1.6、2、3 μm 附近。这些离子的发光波长较窄，无法像过渡金属离子那样实现宽的调谐。早期Tm3+、Ho3+、Er3+掺杂晶体的开拓性工作可追溯到1962 年，Johnson 等[114-115]报道了激光操作在Tm3+和Ho3+掺杂的CaWO4晶体的2 μm 激光输出以及在相同晶体掺杂Er3+离子实现1.6 μm 波段激光输出[116]。在过去的二十年中固态激光领域的发展是由很多因素推动的。其中包括二极管抽运的发明[117]，推动了紧凑、室温、连续可调和超短脉冲钛蓝宝石激光器的发展[118]，Tm3+掺杂晶体(Tm3+:YAG、Tm3+:YLF、Tm3+:YVO4和Tm3 + :YSGG)提供可调连续波在1.86 μm 和2.3 μm 之间的发光[119- 120]和掺杂Er3 +离子的晶体可以在2.7~2.9 μm 波长范围内运作，在医学应用方面是非常有意义的。Huber 等[121-122]第一个报道室温激光二极管抽运的Tm3+、Ho3+、Er3+掺杂石榴石激光器。从Er 掺杂介质中可以获得短到40 ps 的脉冲[123]和从Tm3+掺杂混合石榴石中获得了25 ps 的短脉冲[124]。
然而，当谈到可调谐性和超短脉冲生成，当然应该优先考虑到新型的电子振动材料：TM2+掺杂II-VI 化合物，这个想法是在1990 年代中期由伦斯利弗莫尔实验室的科学家小组率先提出[125-126]。灵感来源于一个事实：中红外激光源运转在“分子指纹区”2~15 μm 光谱范围之间，此分子光谱学在非侵入式医学诊断、工业过程控制、大气遥感、环境监测、红外对抗、弹药处理和自由空间通信等相关应用上需求量很大。且这类型的激光器允许大功率室温连续波运转[86]可调范围在2~5 μm 之间，调谐范围可超过1000 nm。
3.1 稀土离子掺杂玻璃
石英玻璃的研究起步较早，早已形成一套非常成熟的制备工艺。而且石英玻璃光纤具备物理化学性能好、抗激光损伤阈值高、光纤损耗低和较易获得高功率激光输出等特点，2 μm 石英玻璃光纤最先受到科研人员的关注。1994 年，瑞士Bern 大学Ghisler 等[127]首次利用800 nm 染料激光器和809 nm AlGaAs 激光二极管对Tm3+/Ho3+共掺石英光纤进行抽运，获得2.04 μm 激光输出，Tm3+离子掺杂浓度达2×10-3。1993 年，Myslinski 等[128]发表了声光调Q 系统的掺Tm3+石英光纤激光器，使用纤芯直径为5 μm 的Tm3+掺杂石英光纤，掺杂粒子数分数浓度只有250×10-4，当使用790 nm 低能量激光二极体抽运时，产生峰值能量为4 W、重复频率为4 kHz 的脉冲输出。2009 年，Moulton 等[129]在Tm3+掺石英光纤中实现了高达300 W 的单模激光输出，中心波长在2040 nm，斜率效率为64.5%，同时实现了885 W 的多模激光输出，斜率效率为49.2%。2014 年，实现了Tm3+双包层石英光纤激光器，最大输出功率为70 mW[130]。尽管2 μm 发光波段已经接近石英玻璃的透过极限，但使用MCVD 法制得的Ho3+离子掺杂石英玻璃光纤，用Yb3+石英光纤激光器1.1 μm 抽运[131-132]，或用激光二极管直接抽运，均能获得2.1 μm 激光输出。2014 年，Ho3+离子掺杂光纤经由1150 nm 的拉曼光纤激光抽运，实现高能量被动Q 开关激光输出，最大平均输出能量为16.1 W，脉冲持续时间在1.6~0.72 μs [133]。
氟化物玻璃具有较低的声子能量(540 cm-1)、在紫外-中红外极为宽广的波段区域有良好透射率、无辐射跃迁几率小、稀土离子掺杂浓度高、折射率低、非线性系数小等优点。因此，氟化物玻璃早在20 世纪70 年代便成为中红外发光基质材料等相关领域的研究热点。1992 年，Percival 等[134]研究了Tm3+离子掺杂氟化物光纤激光器，获得了1.82~2.31 μm 波长的连续波激光输出。2001 年，Jackson[135]在Tm3+/Ho3+共掺ZBLAN 光纤中，获得2.05 μm 激光输出，斜率效率为36% ，输出功率达8.8 W。2008 年，Eichhorn[136] 团队在Tm3 + :ZBLAN 光纤中，获得1.94 μm 激光输出，输出功率为25 W，斜率效率为49%。另外，2013 年Er3 +离子掺杂ZBLAN 光纤还实现了Q 开关的2.78 μm 激光输出[137]。2013 年，Ho3+离子掺杂ZBLAN 光纤实现半导体饱和吸收镜被动Q 开关激光器，斜率效率达12.1%，脉冲宽度为1.68 μs [138]。2014 年，实现LD 抽运瓦级单模Er3+离子掺杂氟化物双包层光纤激光器，斜率效率为17%，最大输出功率为0.98 W[139]。
锗酸盐玻璃作为稀土离子掺杂的激光介质材料，具有较宽的荧光线宽和较高的稀土离子溶解度，且有较好的热稳定性和化学耐久性、声子能量较硅酸盐玻璃低(900 cm-1)、红外透过范围宽(6 μm )、制备工艺简单、成玻性能好等优点。2006 年，美国NP Photonics 公司Wu 等[140]首次研发出Tm3+掺杂锗酸盐玻璃光纤，2 μm 激光输出功率为20 mW，斜率效率为58%，量子效率高达180%。2007 年，该团队又制备了Tm3+掺杂锗酸盐玻璃的双包层单模光纤激光器，获得1.9 μm 激光输出，输出功率为104 W[141]。2007 年，Geng 等[142]首次报道了采用Tm3+掺杂锗酸盐玻璃光纤的2 μm 单频光纤激光器，实验中单模锗酸盐光纤Tm2O3 的掺杂浓度为5%，数值孔径为0.15，纤芯直径为7 μm ，纤壳直径125 μm ，在LD 抽运功率为190 mW 时，获得最大输出能量大于50 mW。2010 年，Fusari 等[143]在Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐和掺Tm3+锗酸盐块体玻璃当中实现连续激光和飞秒锁模激光的输出，Tm3 +/Ho3 +共掺碲酸盐在2012 nm 实现74 mW 连续激光输出和脉冲持续时间630 fs 、平均输出功率38 mW 的飞秒脉冲输出；掺Tm3+锗酸盐玻璃在1944 nm 实现190 mW 连续激光输出和1997 nm、410 fs、84 mW、222 MHz 的飞秒脉冲输出。2011 年，Shi 等[144]发表了利用高掺杂Tm3+锗酸盐玻璃光纤制作2 μm 单频Q 开关光纤激光器，产生了脉宽为80 ns、重复频率为20 kHz、脉冲能量为220 μJ 的短脉冲激光。2012 年，美国NP Photonics 公司Fang 等[145]率先报道了高功率高能量2 μm 单频纳秒脉冲光纤激光器，利用大纤芯Tm3 +掺杂锗酸盐玻璃光纤，获得最大平均功率为16 W、单频脉宽为15 ns 的脉冲输出。2014 年也在Tm3+离子掺杂锗酸盐玻璃光纤中实现被动Q 开关和连续波激光输出，连续波激光斜率效率为26%，被动Q 开关产生1.5 μs 脉冲激光。
4 结论
中远红外激光在遥感、光雷达、仿真、保密空间通信、卫星通信和医疗等方面有着重要的应用。过渡金属离子掺杂的II-VI 材料发射波长涵盖整个中红外波段，具有宽吸收发射带宽，低声子能量，弱电-声耦合作用和低无辐射跃迁，有望突破目前钛宝石超快激光和中红外激光需要SHG、OPA 等非线性方法而造成器件繁杂的“瓶颈”，实现LD 直接抽运的超快中红外激光输出。目前高质量材料的设计与获得是过渡金属离子掺杂的II-VI 材料面临的主要问题。稀土离子(Er3+、Tm3+、Ho3+、Dy3+等)掺杂的玻璃、晶体、光纤在中红外波段具有丰富的激光通道，可以实现多波长输出。目前稀土离子在中红外激光应用中面临的主要问题是：1)激光通道一般位于RE3+的两个激发态之间，尽管属于四能级机制，但大多数是自终止的，即激光下能级寿命远长于上能级。因此，大多数3~5 μm 激光必须在短脉冲抽运条件下才能运转，否则将形成激光下能级阻塞；2) 3~5 μm 激光通道的荧光分支比一般的较小(小于10%)；3) 缺少理想的基质晶体；4) 发光波长相对较少，不能实现全部中红外波长的全覆盖。因此针对LD 直接抽运产生中红外激光的需求设计、调控、制备合适的中红外固体激光材料是目前急需解决的关键，将大大推动中红外激光的快速发展。
文中主要研究了中红外波段LD 直接抽运过渡金属离子和稀土掺杂的激光晶体、陶瓷、玻璃光纤，而声子能量低、发射带宽宽的过渡金属离子掺杂ZnS/ZnSe 为基质的激光陶瓷，将更适合于中红外超快激光的产生。针对这类激光陶瓷的制备尚需要更多的探索和研究。另外，针对更长红外波段(5~10 μm )激光输出，激光陶瓷也具有重要的发展潜力，这方面的研究将是未来LD 直接抽运中红外固体激光材料的重点发展方向之一。